1 引言

　　簡易機(jī)械手在各類全自動和半自動生產(chǎn)線上應(yīng)用得十分廣泛，主要用于零部件或成品在固定位置之間的移動，替代人工作業(yè)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動化控制。本設(shè)計(jì)中的機(jī)械手采用上下升降加平面轉(zhuǎn)動式結(jié)構(gòu)，各動作由plc控制電磁閥驅(qū)動氣動執(zhí)行元件完成，能十分方便的嵌入到各類工業(yè)生產(chǎn)線中。圖1為機(jī)械手移動物品示意圖。

圖1 機(jī)械手移動物品示意圖

2 功能與動作流程設(shè)計(jì)

　　2.1功能設(shè)計(jì)

　　圖1中機(jī)械手的任務(wù)是將傳送帶a上的物品搬運(yùn)到傳送帶b。為使機(jī)械手動作準(zhǔn)確，在機(jī)械手的極限位置安裝了限位開關(guān)sq1、sq2、sq3、sq4、sq5，對機(jī)械手分別進(jìn)行抓緊、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、上升、下降動作的限位，并發(fā)出動作到位的輸入信號。機(jī)械手的起、停由sb1（啟動）、sb2（停止）按鈕控制。

　　傳送帶a、b由電動機(jī)拖動。傳送帶a上裝有光電開關(guān)sp，檢測到物品，傳送帶a停止。傳送帶b連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將物品送至后工序，不需要用plc控制。機(jī)械手的上、下、左、右、抓緊、放松等動作由氣動元件（氣缸）執(zhí)行，由六個相應(yīng)的電磁閥驅(qū)動，統(tǒng)一由plc控制。

　　2.2動作流程設(shè)計(jì)

　　機(jī)械手及傳送帶a順序動作的要求是：

　?。?）按下起動按鈕sb1時，機(jī)械手系統(tǒng)工作。首先上升電磁閥通電，手臂上升，至上升限位開關(guān)動作；

　　（2）左轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂左轉(zhuǎn)，至左轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；

　?。?）下降電磁閥通電，手臂下降，至下降限位開關(guān)動作；

　　（4）啟動傳送帶a運(yùn)行，由光電開關(guān)sp檢測傳送帶a上有無物品送來，若檢測到物品，則抓緊電磁閥通電，機(jī)械手抓緊，至抓緊限位開關(guān)動作；

　　（5）手臂再次上升，至上升限位開關(guān)再次動作；

　?。?）右轉(zhuǎn)電磁閥通電，手臂右轉(zhuǎn)，至右轉(zhuǎn)限位開關(guān)動作；

　?。?）手臂再次下降，至下降限位開關(guān)再次動作；

　?。?）放松電磁閥通電，機(jī)械手松開手爪，經(jīng)延時2秒后，完成一次搬運(yùn)任務(wù)，然后重復(fù)循環(huán)以上過程。

　?。?）按下停止按鈕sb2或斷電時，機(jī)械手停止在現(xiàn)行工步上，重新起動時，機(jī)械手按停止前的動作繼續(xù)工作。

3 動作時序設(shè)計(jì)

　　根據(jù)對機(jī)械手的順序動作要求可作出如下所示的機(jī)械手動作流程圖參見圖2。流程設(shè)計(jì)使用iec61131-3標(biāo)準(zhǔn)順序功能圖sfc語言描述。

圖2 機(jī)械手動作流程圖

4 plc硬件設(shè)計(jì)

　　4.1 plc的選型

　　根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，選用omron公司生產(chǎn)的cpm1a-20cdr-a小型機(jī)。該機(jī)體積小，功能強(qiáng)、配有標(biāo)準(zhǔn)通訊接口便于計(jì)算機(jī)對plc進(jìn)行監(jiān)控和管理。使用cqm1-pro01手持式編程器可以方便的在生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控。該機(jī)輸入點(diǎn)為12，輸出點(diǎn)為8。

　　4.2 i/o點(diǎn)編號分配

　　根據(jù)機(jī)械手動作流程圖，可以確定電氣控制系統(tǒng)的i/o點(diǎn)分配，如附表所示。

5 plc軟件設(shè)計(jì)

　　5.1 編制控制狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖

　　根據(jù)流程圖和i/o分配表，可以編制出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3所示。

圖3 機(jī)械手狀態(tài)轉(zhuǎn)移程圖

　　5.2 程序設(shè)計(jì)及程序運(yùn)行

　　（1）用步進(jìn)指令編程。根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖及動作要領(lǐng)，編制的步進(jìn)梯形圖程序如圖4所示。

圖4 編制的步進(jìn)梯形圖程序

　　其中，在狀態(tài)由hr0100轉(zhuǎn)移至hr0000的條件中，增加了保持繼電器的常閉觸點(diǎn)，其作用是：當(dāng)機(jī)械手工作在某一中間工步時，若plc斷電或停止運(yùn)行，機(jī)械手停止在中間工步上。plc復(fù)電或重新投入運(yùn)行后，由于保持繼電器hr具有狀態(tài)斷電保護(hù)的功能，因此在重新起動時，其中有某一個是斷開的，使得hr0000不能置位，機(jī)械手只能從停止前被置位的保持繼電器的后續(xù)工步繼續(xù)動作。

　?。?）程序運(yùn)行調(diào)試。按下起動按鈕sb1，輸入點(diǎn)00000為on，則作為自鎖條件的輔助繼電器20000保持為on，分支指令il接通，il與ilc之間的線圈正常工作。開始常閉觸點(diǎn)都為on，保持繼電器hr0000接通，輸出點(diǎn)01003使上升電磁閥得電，手臂上升。當(dāng)手臂上升到位時，上升限位開關(guān)使輸入點(diǎn)00005閉合，保持繼電器hr0001接通，hr0000復(fù)位，上升停止，同時，輸出點(diǎn)01001使左轉(zhuǎn)電磁閥得電，手臂左轉(zhuǎn)。以后每當(dāng)一步動作到位，限位條件滿足時，狀態(tài)轉(zhuǎn)移，進(jìn)行下一工步動作。當(dāng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移到hr0008為on時，輸出點(diǎn)01006使放松電磁閥得電，機(jī)械手放松，同時定時器tim000計(jì)時。當(dāng)計(jì)時2秒到（時間可視具體情況調(diào)整），狀態(tài)又轉(zhuǎn)移到hr0000，程序又重新從第一工步開始循環(huán)。停止時，按下停止按鈕sb2，00001斷開，輔助繼電器20000為off，自鎖指令斷開，全部輸出被禁止，但各保持繼電器的狀態(tài)是斷電保護(hù)的，機(jī)械手停在現(xiàn)行的工步上。當(dāng)重新按起動按鈕時，輔助繼電器20000為on，停止前的輸出被恢復(fù)，機(jī)械手繼續(xù)在停止前某保持繼電器為on的工步動作。

6 結(jié)束語

　　本設(shè)計(jì)提出了一個通用的設(shè)計(jì)方案，介紹了日本omron公司生產(chǎn)的cpm1a系列小型多功能plc在機(jī)械手步進(jìn)控制中的設(shè)計(jì)應(yīng)用。包括說明了機(jī)械手的動作原理，設(shè)計(jì)要求，程序設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際具體應(yīng)用中，還可以很方便的通過標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)組成plc工業(yè)局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信與網(wǎng)絡(luò)實(shí)時控制。